實驗講義十五 材料線膨脹系數(shù)的測定-示差法

1、 時伸長和部分抵消后在千分表上所顯示的AL值，它包括試樣與石英玻璃管和石英玻璃棒的熱膨脹之差值，測定出這個系統(tǒng)的伸長之差值及加熱前后溫度的差數(shù)，并根據(jù)已知石英玻璃的膨脹系數(shù)，便可算出待測試樣的熱膨脹系數(shù)。圖1圖1石英膨脹儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱膨脹分析圖圖1是石英膨脹儀的工作原理分析圖，從圖中可見，膨脹儀上千分表上的讀數(shù)為：AL=AL-AL12由此得到試樣的凈伸長：AL=AL+AL12根據(jù)定義，待測試樣的線膨脹系數(shù)a=(AL+AL)/LAt=(AL/LAt)+(AL/LAt)22其中AL/LAt=a2石所以a=a+(AL/LAt)石若溫度差為tt,則待測試樣的平均線膨脹系數(shù)a可按下式計算:21a=a+AL

2、/L(t-t)石21式中：a石英玻璃的平均線膨脹系數(shù)(按下列溫度范圍取值)；石5.7x10-7度-1(0300C)5.9x10-7度-i(0400C)5.8x10-7度-1(01000C)5.97x5.97x10-7度-1200700C)t開始測定時的溫度；1t一般定為300C（若需要，也可定為其它溫度）；2AL試樣的伸長值，即對應(yīng)于溫度t與t時千分表讀數(shù)之差值，以毫米記;21L試樣的原始長度，毫米。這樣，將實驗數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系上作出熱膨脹曲線（如圖2），就可確定試樣的線膨脹系數(shù)，對于玻璃材料還可以得出其特征溫度T與Togf三、實驗設(shè)備和試樣1石英膨脹儀1-測溫?zé)犭娕?-膨脹儀電爐3-電熱絲4

3、-電流表5-調(diào)壓器6-電爐鐵殼7-鋼柱電爐芯8-待測試棒9-石英玻璃棒10-石英玻璃管11-遮熱板12-鐵制支承架13-千分表14-水瓶2-水銀溫度計16-電位差計圖3示差法測定材料膨脹系數(shù)的裝置2小砂輪片、秒表、卡尺；3待測試樣（玻璃、陶瓷等）：（1）必須選取無缺陷材料（對于玻璃，應(yīng)當(dāng)無砂子、條紋、氣泡等）；（2）試樣尺寸依不同儀器的要求而定。例如，一般石英膨脹儀要求試樣直徑為56毫米,長為600.1毫米的待測棒；UBD萬能膨脹儀要求試樣直徑為3毫米、長為500.1毫米;Welss立式膨脹儀要求試樣直徑為12毫米、長為650.1毫米。用小砂輪片磨平試棒兩端，用千分卡尺精確量出長度。四、實驗步

4、驟1接好路線并檢查。2先把石英玻璃管放入電爐腔；再把準(zhǔn)備好的待測試樣小心地裝入石英玻璃管內(nèi)；然后裝進(jìn)石英玻璃棒，使石英玻璃棒緊貼試樣；安裝千分表，使千分表的頂桿輕輕頂壓在石英玻璃棒的末端，并調(diào)零。接通電源，等電壓穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器，以3C/min的速率升溫，每隔2分鐘記一次千分表的讀數(shù)和電位差計的讀數(shù)，直到千分表上的讀數(shù)向后退為止。將所測數(shù)據(jù)記入下表。表2測試結(jié)果記錄表試樣編號：試樣原始長度L(mm)：試樣溫度t(C)千分表讀數(shù)試樣伸長值A(chǔ)L(mm)五、數(shù)據(jù)處理根據(jù)原始數(shù)據(jù)，在直角毫米坐標(biāo)紙中繪出待測材料的線膨脹曲線。確定t、t，并根12據(jù)t、t確定L、L。1212按公式a二a+AL/L(t-t)計算被測材料的平均膨脹系數(shù)。石213對于玻璃材料，從熱膨脹曲線上確定其特征溫度T和T。gf六、注意事項被測試樣和石英玻璃棒、千分表頂桿三者應(yīng)平直相接，并保持在石英玻璃管的中軸區(qū)，以消除摩擦與偏斜影響造成的誤差。試樣與石英玻璃棒要緊緊接觸使試樣的膨脹增量及時傳遞給千分表，在加熱測定前要使千分表頂桿緊至指針轉(zhuǎn)動23圈，確定一個初讀數(shù)。升溫速度不宜過快，以控制23C/分鐘為宜，并維持整個測試過程的均勻升溫。熱電偶的熱端盡量靠近試樣中部、但不應(yīng)與試樣接觸。測試過程中不要觸動儀器，也不要振動實驗臺桌。七、思